河曲露天煤礦二采區(qū)西部新水平開拓方法研究

呂貴龍 于海潮

摘要：為了驗證河曲露天煤礦采用基坑法開拓新水平的合理性，對新水平開拓方式的選擇、拉溝位置、降深時間及設備配置等進行了探討，并對露天礦道路行車密度進行了驗證。實踐證明，在現(xiàn)有液壓挖掘機配自卸卡車的靈活作業(yè)方式下，該礦采用基坑開拓方式是合理的。

關(guān)鍵詞：露天礦山;新水平開拓;降深時間;行車密度;基坑法

0 引言

山西煤炭進出口集團河曲舊縣露天煤礦位于河曲縣城東南27 km處舊縣鄉(xiāng)范家梁村、硬地峁村、何家焉村一帶，其行政區(qū)劃屬河曲縣舊縣鄉(xiāng)，地理坐標為北緯39°05′18″～39°09′45″，東經(jīng)111°09′55″～111°13′50″。該區(qū)屬大陸性半干旱型氣候，氣溫變化大，四季分明，年最高氣溫38.6 ℃，年最低氣溫-32.8 ℃，年平均氣溫8.8 ℃;年平均水蒸發(fā)量1 953.90 mm，年平均降水量460 mm，降水多集中在每年6—9月;每年3—4月期間多風，風向多為西北，風力一般3～5級，最大達7級，霜凍期一般為每年9月至來年4月，無霜期50天左右，凍結(jié)深度在1 m左右，最大凍結(jié)深度1.45 m。

河曲露天煤礦排土場在地質(zhì)構(gòu)造上為單斜構(gòu)造，地層走向NNE-NE，傾向NW，地層產(chǎn)狀平緩，傾角1°～2°，層埋藏較淺，該礦開采對象自上而下為9號、10號、11號、12號、13號共5個可采煤層。露天采礦境界內(nèi)可采原煤量為238.24 Mt，設計生產(chǎn)能力為8 Mt/a，服務年限為27年。

河曲露天煤礦于2012年5月20日開工建設，并于2018年達到設計產(chǎn)量，目前已建成了工業(yè)場地、選煤廠等主要地面設施，采掘場已推進至首采區(qū)轉(zhuǎn)向處，并向東推進，外排土場已排棄完成并實現(xiàn)了全部內(nèi)排。該項目生產(chǎn)現(xiàn)狀如圖1所示。露天礦采掘場已推進至首采區(qū)轉(zhuǎn)向處，采用扇形轉(zhuǎn)向，而后向東水平推進方式。目前推進方向的硬地峁村剩余近3 000畝地征租困難，工作面推進工作停滯不前，已嚴重影響了露天礦的正常采剝作業(yè)，使得露天礦需提前接續(xù)開采二采區(qū)。項目人員充分考慮到開采境界內(nèi)無法搬遷的附著物（旭陽選煤廠和下炭水烽火臺）等以及增加采煤工作線、較小的年推進度等原因，考慮在二采區(qū)北部西側(cè)重新進行拉溝，同時東側(cè)同步進行緩幫作業(yè)。

二采區(qū)北部西側(cè)重新進行拉溝降段延伸的速度直接影響到內(nèi)排空間、礦上生產(chǎn)能力、供煤穩(wěn)定性以及生產(chǎn)成本等重要指標，為此，尋求一種具有可操作性、實用、經(jīng)濟的開拓延深方案尤為必要，研究二采區(qū)北部西側(cè)降深時間以及設備布置情況，為現(xiàn)場實際生產(chǎn)提供指導。

1 二采區(qū)西坑開拓方式

1.1? ? 開拓方式的選擇

本露天礦地處山西黃土高原西北部、黃河東岸，屬典型的黃土高原地貌，植被稀少，水土流失嚴重，地形切割劇烈，沖溝發(fā)育多呈“V”字形。

露天礦開拓按坑道類型不同，其開拓方法可分為：單溝/組溝/總溝開拓法、折返溝開拓法、直進溝開拓法、混合溝開拓法、基坑延深開拓法。為便于本露天礦的整體快速降深，提前實現(xiàn)內(nèi)排，采用基坑法開拓新水平和對向拉溝垂直降深法相結(jié)合的延深程序，可在時間和空間上保證露天礦在基建期獲得最大的降深速度。

1.2? ? 基坑法開拓順序

（1）在選定位置上出入溝的長度為：

L出=h/ix

初坑長度為：

L初=L出+2R

式中：h為臺階高度，取12 m;L出為出入溝長度;L初為初坑長度;R為轉(zhuǎn)彎半徑，取10 m;ix為坡度，取8%;

本礦臺階高度為12 m，55 t卡車轉(zhuǎn)彎半徑為10 m，坡道坡度取8%，則L出=150 m，L初=170 m。

（2）開段溝長度大于初坑L初長度即可。

（3）在完成初坑的開段溝長度開拓后，即可投入其他設備，在初坑的四周同時進行擴幫工作。在完成初坑周圍擴幫工程后，形成基坑，一基坑準備完畢后，下一水平的初坑開拓工程即可進行。

（4）當一組設備完成初坑工作后進行開段溝工作時，可安排另一組設備在出入溝兩側(cè)進行擴幫工作。

1.3? ? 基坑位置的選擇及對拉開段溝

基坑工作方式如圖2所示。

為實現(xiàn)對拉開段溝，需在拉溝位置兩端（圖2中A點和B點）分別布置一組采掘設備（1#、2#）沿相對方向掘出入溝及開段溝，在采掘設備（1#、2#）開掘開段溝時，同時布置采掘設備（3#、4#）進行擴幫，形成基坑。

對向拉溝基坑開采方法的優(yōu)點是：

（1）基坑垂向降深，距離最短;

（2）可布置采掘設備的工作面多;

（3）運輸出口多;

（4）對拉開段溝一經(jīng)貫通，本水平即可形成順向運輸通道，可增加線路的實際通過能力。

1.4? ? 新水平準備時間

河曲舊縣露天礦選用3 m3液壓鏟配合55 t卡車的租賃模式開采。根據(jù)現(xiàn)場實際開采經(jīng)驗，一組挖掘設備的月生產(chǎn)能力為Q=8.3萬m3，拉溝時生產(chǎn)能力折減85%，其月能力為Q1=7.1萬m3。

根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)有開采參數(shù)，出入溝寬度為20 m，運輸平盤寬度為20 m，最小工作平盤寬度為40 m，基建期拉溝線長度為435 m，每條工作線上可布置2組設備。

一次開掘出入溝工程量為V1=4.08萬m3，開段溝工程量（兩組設備相對方向掘出入溝及開段溝）為V2=7.2萬m3。

1#及2#采掘設備對向開挖出入溝所用時間為T1=V1/2Q1，開段溝所用時間為T2=V2/2Q。共計2組設備，在出入溝進行開段溝時，可再次調(diào)入2組設備（3#、4#）尾隨1#及2#采掘設備在A、B處一側(cè)進行擴幫工作，待1#及2#完成開段溝作業(yè)后，可在A、B處另一側(cè)進行擴幫作業(yè)，兩側(cè)各推進40 m后，可進行下一水平的降深工作。